Know-How und Inno­­vationen auf dem Gebiet der Quanten­­tech­­nolo­­gien der zweiten Generation in Deutschland können nur durch adäquate Ausbildung an Schulen und Hoch­­schulen nach­­haltig ge­­sichert werden. In QuBIT EDU sind die fach­­didak­­tischen For­­schungs­­gruppen vernetzt, die curriculare Entwicklungs­­arbeit und entsprechende empirische For­­schungs­­pro­jekte auf dem Gebiet moderner Quanten­­physik realisieren.

Sprecher des Netzwerks: Prof. Dr. Rainer Müller

Aktuelle Termine: Konferenz Quantenphysik Freiburg: 25. Mai 2022

Quantentechnologien der 2. Generation

Quanten-
kommunikation

Quanten-
computing

Quanten-
simulatoren

Quanten-
sensorik/
Quanten-
metrologie

Outreach/
Education

Grundlagen-
forschung

Das Netzwerk

München Münster Kaiserslautern Stuttgart Hannover Erlangen- Nürnberg Dresden Jena Braunschweig Aachen QuBit EDU

Beteiligte Forschungsgruppen

Braunschweig | Technische Universität Braunschweig

Prof. Dr. Rainer Müller

Franziska Greinert, M. Ed.

Arbeitsthemen
  • Koordination im Bereich Education des europäischen Quantum Flagship Project (QTEdu, EU)
  • Delphi-Studie: Kompetenzen für zukünftige Arbeitskräfte im Bereich Quantentechnologien
  • Entwicklung und Erprobung eines Lehrkonzepts zu Quantentechnologien für Ingenieure
  • Entwicklung einer spielbasierten VR-Umgebung zum Thema Quantencomputer (QuantumVR, BMBF)
  • Quantenphysik in der Schule (Projekt milq: www.milq.info; Wesenszüge der Quantenphysik)
  • Wirksamkeit digitaler Lernumgebungen zu quantenphysikalischen Experimenten (DiBS, BMBF)
Publikationen:
  • R. Müller, H. Wiesner, Teaching Quantum Mechanics on an Introductory Level, American Journal of Physics 70, 200 (2002).
  • R. Müller, Die Quantenphysik im Spannungsfeld zwischen Fachlichkeit, empirischer Forschung und Schulpraxis In: Maurer, Christian (Hrsg.): Authentizität und Lernen - das Fach in der Fachdidaktik. Regensburg: Universität Regensburg S. 13-24 (2016).
  • R. Müller, H. Schecker, Schülervorstellungen zur Quanten- und Atomphysik. In: Schecker H., Wilhelm T., Hopf M., Duit R. (Hrsg.) Schülervorstellungen und Physikunterricht. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg, S. 209-224 (2018).
  • R. Müller, O. Mishina, milq – Quantum Physics in Secondary School, to appear in the Proceedings of the GIREP Conference 2019 in Budapest
  • F. Gerke, R. Müller, P. Bitzenbauer, M. Ubben, K.-A.Weber, Quantum Awareness im Ingenieurwesen: Welche Kompetenzen werden in der Industrie von morgen gebraucht? Erste Ergebnisse einer Delphi-Studie. PhyDidB – Didaktik der Physik – Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Bonn 2020, S. 437-443.

Dresden | Technische Universität Dresden

Prof. Dr. Gesche Pospiech

Weblinks:

tu-dresden.de/mn/physik/didphy

Schwerpunkte
  • Mathematik im Physikunterricht
  • Quanteninformation im Physikunterricht
  • Moderne Physik und Technologie im Physikunterricht
  • Einsatz Digitaler Medien
  • Außerschulische Lernorte
Publikationen
  • Pospiech, G. (1999). Quantenkryptographie. Ein elementarer Zugang zur Quantentheorie. Physik in der Schule, 37(3), 201–205.
  • Pospiech, G. (2003). Philosophy and quantum mechanics in science teaching. Science & Education, 12(5–6), 559–571.
  • Pospiech, G., & Schöne, M. (2014). Quantum Physics in Teacher Education. Frontiers of Fundamental Physics and Physics Education Research, 407–416.
  • Pospiech, G., & Schorn, B. (2016). Der Quantencomputer in der Schule. Praxis der Naturwissenschaften - Physik in der Schule, 65(1), 5–11.
  • Pospiech, G. (2019). Pre-Service Teacher’s Views on the use of Metaphors for Describing the Concepts of Uncertainty and Entanglement in Teaching Quantum Physics. International Journal of Physics & Chemistry Education, 11(1), 1–5.

Erlangen | FAU Erlangen-Nürnberg

Prof. Dr. Jan-Peter Meyn

Dr. Philipp Bitzenbauer

Forschungsschwerpunkte
Empirische Lehr-Lernforschung zur Quantenphysik
  • Entwicklung und Erprobung neuer Lehr- und Lernkonzepte zur modernen Quantenphysik
  • Entwicklung multimedialer Angebote zum Lernen von Quantenphysik
Schülervorstellungen und Lernschwierigkeiten in der Quantenphysik
  • Förderung quantenphysikalischer Vorstellungen Lernender durch an Experimenten orientierte Zugänge zur Quantenphysik
  • Schülervorstellungen zu Konzepten der Quantenoptik
Moderne Quantenphysik für Ingenieurwissenschaftler
  • Didaktische Rekonstruktion quantenphysikalischer Konzepte für Ingenieure
Weblinks & Publikationen

FAU QuantumLab

  • Bronner, P.; Strunz, A.; Silberhorn, C.; Meyn, J.-P. (2009). Interactive screen experiments with single photons. European Journal of Physics 30. 345
  • Bronner, P.; Strunz, A.; Silberhorn, C.; Meyn, J.-P. (2009). Demonstrating quantum random with single photons. European Journal of Physics 30. 1189
  • Bitzenbauer, P.; Meyn, J.-P. (2019). Quantenphysik g²reifbar unterrichten. Plus Lucis 3/2019, S. 17-21
  • Bitzenbauer, P.; Meyn, J.-P. (2020). Von Koinzidenzen zu Wesenszügen der Quantenphysik: Erste Ergebnisse einer summativen Evaluation des Erlanger Unterrichtskonzepts zur Quantenoptik“. Erscheint in: PhyDid-B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, 2020
  • Bitzenbauer, P.; Meyn, J.-P. (2020). A new teaching concept on quantum physics in secondary schools. Physics Education 55. 055031
  • Donhauser, A.; Bitzenbauer, P.; Meyn, J.-P. (2020). „Von Schnee- und Elektronenlawinen: Entwicklung eines Erklärvideos zu Einzelphotonendetektoren“. Erscheint in: PhyDid-B - Didaktik der Physik - Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, 2020

Hannover | Leibnitz Universität Hannover

Jun. Prof. Dr. Susanne Weßnigk

Dr. Kim-Alessandro Weber

Dr. Rüdiger Scholz

Dr. Oliver Burmeister (Fortbildung für Lehrkräfte “Quantenphysik”)

Prof. Dr. Gunnar Friege

MSc. Stina Scheer

Moritz Waitzmann

Arbeitsthemen
  • Empirische Forschung zur Vermittlung von Quantenphysik in der Schule, insbesondere in Hinblick auf die Entwicklung und Beforschung wirksamer Schlüsselexperimente
  • Entwicklung und Evaluation im Bereich quantenphysikalischer Experimente der 2. Generation an der Hochschule (Praktika und Schülerlabore)
  • Fortbildung zum Unterrichtsgang Quantenphysik nach dem KC Niedersachsen mit Bezug zur aktuellen Forschung (Experimente der 2. Generation)
  • Beteiligung am Exzellenzcluster Quantum Frontiers
  • Konzeption und Durchführung von MasterClasses in der Quantenphysik
Weblinks & Publikationen

foeXlab

  • Waitzmann, M., Scholz, R. & Weßnigk, S. Forschendes Lernen identifizieren und abbilden. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht: MNU
  • Scholz, R., Friege, G., Weber, K.-A. (2018). Undergraduate quantum optics: experimental steps to quantum physics, European Journal of Physics, Volume 39, Number 5
  • Weber, K.-A., Scholz, R. (2018). Statistische Optik – Messung von Lichtfluktuationen mit einer programmierbaren LED. phydid B 2018
  • Scholz, R., Friege, G., Weber, K.-A. (2016). Undergraduate experiments on statistical optics. European Journal of Physics, Volume 37, Number 5, 055302
  • Scholz, R., Weßnigk, S. & Weber, K. (2020). A Classical to Quantum Transition via Key Experiments. European Journal of Physics. Doi: 10.1088/1361-6404/ab8e52

Jena | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Prof. Dr. Holger Cartarius

Kaiserslautern | Technische Universität Kaiserslautern

Prof. Dr. Jochen Kuhn

Dr. Stefan Küchemann

Dr. David Dzsojan

Michael Thees

In Kooperation mit

Prof. Dr. Michael Fleischhauer (FB Physik), Georg von Freymann (FB Physik/Fraunhofer ITWM), Paul Lukowicz (FB Informatik/DFKI), Herwig Ott (FB Physik), Norbert Wehn (FB Elektro- und Informationstechnik), Artur Widera (FB Physik)

Schule
Entwicklung, Untersuchung und Verbreitung von
  • Kursen in Quantentechnologien mit webbasierten Aktivitäten wie Virtual Quantum Lab (AR/VR-Anwendungen) oder Simulationen in Kombination mit kurzen Erklärvideos
  • Experimenten, die den Schülerinnen und Schülern erste praktische Erfahrungen auf dem Gebiet der Quantenphysik und Quantentechnologien (physikalischer Hintergrund, Anwendungen) für verschiedene Ausbildungsstufen (Schule, Bachelor- und Masterniveau) ermöglichen
  • Lehrerfortbildungskursen über Quantentechnologien und Verbreitung der entwickelten Materialien (Elementarisierung von QT-Kursen für Schulen und Outreach-Aktivitäten)
  • QT-Konzepttests und Validierung mit Eyetracking-Analysen
Universitäre Ausbildung
  • Interdisziplinärer QT-Kurs für Studierende der Physik, Informatik und Ingenieurwissenschaften (Kombination theoretischer und experimenteller Inhalte mit physikalischen Laborpraktika; z.B. Quantenkryptographie, Quantencomputing etc.)
  • Entwicklung, Untersuchung und Verbreitung von Experimenten und zugehörigen Lernmaterialien

Alle diese Arbeiten werden in enger Zusammenarbeit mit den beteiligten oder assoziierten Kollegen der Abteilung Physik, Informatik und Ingenieurwissenschaften sowie dem DFKI und dem Fraunhofer ITWM durchgeführt.

Weblinks & Publikationen

AG Kuhn

  • outreach project in TRR Spin+X
  • Hochberg, K. & Kuhn, J. (2019). What do scientists do? Increasing Awareness of social and networking aspects in everyday activities of scientists. Progress in Science Education (PriSE), 2 (1).
    dx.doi.org/10.25321/prise.2019.849
  • Küchemann, S., Becker, S., Klein, P. & Kuhn, J. (2020). Classification of students' conceptual understanding in STEM education using their visual attention distributions: A comparison of three machine-learning ap-proaches. In H. C. Lane, S. Zvacek & J. Uhomoibhi J. (eds), Proceedings of the 12th International Conference on Computer Supported Education - Volume 2: CSEDU (pp. 36-46.). Setúbal, Portugal: SciTePress-Science and Technology Publications, Lda.
  • Zangerle, S., Kuhn, J. & Widera, A. (2018). Einsatz von Classroom Response Systemen in Übungen. Progress in Science Education (PriSE), 1 (2).**
    dx.doi.org/10.25321/prise.2018.807

München | Ludwig-Maximilians-Universität & Technische Universität München

Prof. Dr. Alexander Holleitner (TUM Physik)

Prof. Dr. Jan von Delft (LMU Physik)

Dr. Silke Stähler-Schöpf (PhotonLab)

Dr. Cecilia Scorza-Lesch (LMU Koordinatorin für Schulkontakte)

Dr. Tatjana Wilk (MCQST, Öffentlichkeitsarbeit)

Universitäre Ausbildung

Der Masterstudiengang Quantum Science & Technology (QST) wird gemeinsam von der Technischen Universität München (TUM) und der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) angeboten. Er ist auf einen zweijährigen Zeitraum ausgelegt, in dem die Studierenden eine forschungsbezogene Ausbildung an der Schnittstelle zwischen Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Mathematik erfahren und einen frühen Einblick in die aktuelle Forschung auf höchstem internationalen Niveau erhalten. Die Studierenden können an beiden Universitäten Lehrveranstaltungen belegen, um ihren individuellen Studienplan zu gestalten. Ein wichtiger Schwerpunkt liegt auf der interdisziplinären Ausbildung. So sind die Fakultäten Physik, Chemie, Mathematik und Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik der beiden Münchner Universitäten in die Lehre miteingebunden. Darüber hinaus profitieren die Studierenden von der Forschungsumgebung des Exzellenzclusters Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST). Der Studiengang QST geht deutlich über das Standard-Lehrprogramm der Quantenmechanik hinaus, da in der modernen Anwendung von Quantentechnologien (Quantum2.0) die Konzepte der Überlagerung und Verschränkung von zentraler Bedeutung sind. Zu den wichtigsten Studieninhalten gehören beispielsweise Quantencomputer, Quantensensorik, Quantensimulation, Quantenmaterialien und Quantenkryptographie, um nur einige zu nennen. Aufgrund der Komplexität des Fachgebietes richtet sich der Studiengang QST an Studierende, die an der Spitze der Quantenwissenschaften arbeiten und die bestehenden Forschungsgebiete in den Naturwissenschaften (z.B. Physik und Chemie), der Mathematik und den Ingenieurwissenschaften (z.B. Informatik und Elektrotechnik) erweitern

Schülerlabor PhotonLab

Schulklassen führen verschiedene Experimente zu Optik, Photonik und Quantenphysik durch. Im Repertoire sind neben klassischen Optik Experimenten und Interferometrie auch Experimente zur Quantenkryptographie (Analogieexperiment) und ein Quantenzufallszahlengenerator. Besucht wird das PhotonLab jährlich von etwa 100 Schulklassen, die durch eine Führung durch ein echtes Forschungslabor auch Einblicke in die aktuelle Forschung bekommen. Momentan baut das PhotonLab sein Online Angebot aus, das die Schüler optimal auf den Besuch vorbereiten soll. Das erste Experiment hierzu ist das Interferometer, weitere folgen.

Weitere Angebote: Lehrerfortbildungen, Schülerpraktika, Unterstützung für Wettbewerbe (GYPT, Jugend forscht) und Seminararbeiten, Mitmachstand auf Messen wie z.B. Forscha, Tag der offenen Tür …

MCQST Öffentlichkeitsarbeit

Der Exzellenzclusters Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST) führt verschiede Formate für die breite Öffentlichkeit durch wie z.B. Tage der Offenen Tür an den verschiedenen Standorten in München, öffentliche Vorträge zum Thema Quantenwissenschaften und -technologie und Science Slams. MCQST ist an der Entwicklung von Qubit-Demonstratoren beteiligt, die Superposition und Verschränkung erfahrbar machen sollen und im Rahmen des QUANTA Projekts entstehen. Zum Einsatz kommen werden die Demonstratoren dann auch in einer permanenten Ausstellung der Deutschen Museums zur Licht-Materie-Wechselwirkung, die eine Wechselausstellung mit aktuellen Forschungsthemen aus dem Cluster enthalten wird.

Weblinks

Quantum Science & Technology Photonlab Öffentlichkeitsarbeit Munich Center for Quantum Science and Technology

Münster | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Prof. Dr. Stefan Heusler

Dr. Malte Ubben

Dr. Daniel Laumann

Arbeitsthemen
  • Empirische Forschung zur Vermittlung von Quantenphysik in der Schule, insbesondere in Hinblick auf den Qubit-Ansatz
  • Entwicklung und Evaluation im Bereich quantenphysikalischer Experimente der 2. Generation an der Hochschule (Praktika und Schülerlabore), insbesondere unter Einsatz von digitalen Medien (VR und AR)
Weblinks & Publikationen

quantumvisions.net

Stuttgart | Universität Stuttgart

Prof. Dr. Ronny Nawrodt

Bestehende Angebote für Oberstufenschüler
  • Schülerlabor (zahlreiche experimentelle Angebote, für hier: Interferometrie, Teilchenfalle, Spektroskopie, Quantenkryptographie, Knallertest, Mach-Zehnder, Photonenstatistik, Grundlagen moderner Optik (inkl. Quantenoptik) etc.)
  • Berufsorientierungskurse in Physik
  • im begrenzten Rahmen Zugang zu Laboren
  • maßgeschneiderte Angebote für Schulbesuche, wo gewünscht inkl. Integration in Unterricht